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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Objekten in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs anhand zumindest eines aus dem Umgebungsbereich reflektierten und von einer Lidar-Sensorvorrichtung empfangenen Empfangssignals, wobei in dem Empfangssignal zu Reflexionspunkten in dem Umgebungsbereich korrespondierende Detektionspunkte identifiziert werden, anhand des Empfangssignals jeweilige Intensitätswerte der Detektionspunkte bestimmt werden, die Detektionspunkte durch Vergleichen der Intensitätswerte mit einem abstandsbasierten Intensitäts-Schwellwert gefiltert werden, die gefilterten Detektionspunkte zu Clustern gruppiert werden, und die Objekte basierend auf den Clustern erkannt werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Lidar-Sensorvorrichtung, ein Fahrerassistenzsystem sowie ein Kraftfahrzeug.
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Vorliegend richtet sich das Interesse auf Lidar-Sensorvorrichtungen, kurz Lidar-Sensoren, welche beispielsweise an einem Kraftfahrzeug angeordnet werden können, um einen Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zu überwachen. Solche Lidar-Sensoren können zur Objekterkennung eingesetzt werden, indem sie ein Sendesignal in Form von einem Lichtpuls aussenden und den an einem Objekt, beispielsweise einer Wand, einem anderen Kraftfahrzeug, etc., in dem Umgebungsbereich reflektierten Lichtpuls als Empfangssignal wieder empfangen. Anhand des Empfangssignals können das Vorhandensein des Objektes sowie dessen räumliche Lage in dem Umgebungsbereich erfasst werden. Dazu werden, wie in der Veröffentlichung „Automated Highway Sign Extraction using Lidar Data“ (Suliman Gargoum et al., Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board, DOI: 10.3141/2643-01) beschrieben, in dem Empfangssignal zu Reflexionspunkten in dem Umgebungsbereich korrespondierende Detektionspunkte identifiziert und die Detektionspunkte basierend auf ihrer absoluten Intensität gefiltert. Die gefilterten Detektionspunkte werden zu Clustern gruppiert und die Objekte basierend auf den Clustern erkannt.
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Informationen über das Objekt, beispielsweise die Lage des Objektes, können einem Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden, welches beispielsweise anhand der Lageinformationen eine Maßnahme zur Vermeidung einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit dem Objekt einleiten kann. Eine solche kollisionsvermeidende Maßnahme kann beispielsweise die Ausgabe eines Warnsignals und/oder das automatische Abbremsen des Kraftfahrzeugs sein. Um den Umgebungsbereich dabei insbesondere kontinuierlich zu überwachen, werden die Informationen über das Objekt anhand einer Vielzahl von zeitlich nacheinander erfassten Empfangssignalen aktualisiert. Die Objekte werden also verflogt bzw. „getracked“. Dazu müssen die Objekte, auch wenn sich das Kraftfahrzeug und/oder die Objekte bewegt haben, über die Zeit zuverlässig erkannt werden. Dies bedeutet, dass Detektionspunkte, welche zu Reflexionspunkten desselben Objektes korrespondieren, in der Vielzahl von Empfangssignalen zuverlässig erkannt und einander zugeordnet werden müssen.
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Probleme ergeben sich dann, wenn die Lidar-Sensorvorrichtung beispielsweise eine kostengünstige („low-cost“) Lidar-Sensorvorrichtung ist, welche bauartbedingt eine geringe Winkelauflösung aufweist. Durch die geringe Winkelauflösung kann es vorkommen, dass die erfasste Lage des Objektes von der tatsächlichen Lage des Objektes in dem Umgebungsbereich abweicht. Daraus kann sich beispielsweise der Nachteil ergeben, dass das Objekt sowie dessen Lage nicht zuverlässig erkannt werden können.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, wie eine Zuverlässigkeit von Lidar-Sensorvorrichtungen verbessert werden kann und Lagen von Objekten in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs besonders genau erfasst werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch eine Lidar-Sensorvorrichtung, durch ein Fahrerassistenzsystem sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Erfassen von Objekten in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs anhand zumindest eines aus dem Umgebungsbereich reflektierten und von einer Lidar-Sensorvorrichtung empfangenen Empfangssignals werden insbesondere in dem Empfangssignal zu Reflexionspunkten in dem Umgebungsbereich korrespondierende Detektionspunkte identifiziert, anhand des Empfangssignals jeweilige Intensitätswerte der Detektionspunkte bestimmt, die Detektionspunkte durch Vergleichen der Intensitätswerte mit einem abstandsbasierten Intensitäts-Schwellwert gefiltert, die gefilterten Detektionspunkte zu Clustern gruppiert und die Objekte basierend auf den Clustern erkannt. Insbesondere werden die jeweiligen Detektionspunkte innerhalb eines Clusters durch Vergleichen der Intensitätswerte der Detektionspunkte innerhalb des Clusters mit einem clusterspezifischen, relativen Intensitäts-Schwellwert gefiltert, wobei der clusterspezifische, relative Intensitäts-Schwellwert in Abhängigkeit von den Intensitätswerten der Detektionspunkte des Clusters bestimmt werden kann.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Erfassen von Objekten in einem Umgebungsbereich eines Kraftfahrzeugs anhand zumindest eines aus dem Umgebungsbereich reflektierten und von einer Lidar-Sensorvorrichtung empfangenen Empfangssignals werden in dem Empfangssignal zu Reflexionspunkten in dem Umgebungsbereich korrespondierende Detektionspunkte identifiziert, anhand des Empfangssignals jeweilige Intensitätswerte der Detektionspunkte bestimmt, die Detektionspunkte durch Vergleichen der Intensitätswerte mit einem abstandsbasierten Intensitäts-Schwellwert (IS ) gefiltert, die gefilterten Detektionspunkte zu Clustern gruppiert und die Objekte basierend auf den Clustern erkannt. Darüber hinaus werden die jeweiligen Detektionspunkte innerhalb eines Clusters durch Vergleichen der Intensitätswerte der Detektionspunkte innerhalb des Clusters mit einem clusterspezifischen, relativen Intensitäts-Schwellwert gefiltert, wobei der clusterspezifische, relative Intensitäts-Schwellwert in Abhängigkeit von den Intensitätswerten der Detektionspunkte des Clusters bestimmt wird.
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Die Lidar-Sensorvorrichtung (Lidar-„Light detection and ranging“) kann insbesondere Objekte bzw. Merkmale in dem Umgebungsbereich erkennen und eine jeweilige räumliche Lage der Objekte zu der Lidar-Sensorvorrichtung und damit zu dem Kraftfahrzeug erfassen. Die Lidar-Sensorvorrichtung kann Sendesignale in Form von Lichtpulsen aussenden und die in dem Umgebungsbereich reflektierten Lichtpulse als Empfangssignale wieder empfangen. Die Lidar-Sensorvorrichtung ist vorliegend insbesondere als eine Flash-Lidar-Sensorvorrichtung ausgebildet, bei welcher während eines Messzyklus zumindest ein den Umgebungsbereich ausleuchtendes Sendesignal ausgesendet wird. Als das Sendesignal wird also Licht in mehrere Senderichtungen ausgesendet, wobei das Empfangssignal während des Messzyklus aus mehreren Empfangsrichtungen bzw. Reflexionsrichtungen empfangen werden kann. Dazu sind das Sendesignal und das Empfangssignal insbesondere kegelförmige Lichtstrahlen, welche jeweils einen horizontalen Gesamtöffnungswinkel, beispielsweise 60°, und einen vertikalen Gesamtöffnungswinkel, beispielsweise 10°, aufweisen. Durch den im Vergleich zum horizontalen Gesamtöffnungswinkel geringeren vertikalen Gesamtöffnungswinkel, welcher einen Erfassungsbereich der Lidar-Sensorvorrichtung entlang einer Fahrzeughochachse repräsentiert, können Bodenechos zumindest reduziert werden. Solche Bodenechos sind Detektionspunkte, welche mit Reflexionspunkten auf einer Fahrbahn des Kraftfahrzeugs korrespondieren.
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Das Empfangssignal kann in mehreren Lichtstrahlen, beispielsweise in sechzehn Lichtstrahlen, empfangen werden. Jeder Lichtstrahl ist dabei ein Teilbereich des Empfangssignals. Zum Empfangen der Lichtstrahlen des Empfangssignals kann die Lidar-Sensorvorrichtung, welche beispielsweise als eine Solid-State-Lidar-Sensorvorrichtung ausgebildet ist, eine Empfangseinrichtung mit mehreren Empfangselementen, beispielsweise mit sechzehn Empfangselementen, aufweisen. Die Empfangselemente können beispielsweise Photodetektoren in Form von lichtsensitiven Halbleiterbauelementen, beispielsweise Photodioden, aufweisen. Die Empfangselemente können beispielsweise in einer Matrix, also spaltenweise und/oder zeilenweise, angeordnet sein. Jedem Empfangselement kann dabei eine Reflexionsrichtung bzw. ein Reflexionswinkel zugeordnet sein. Insbesondere empfängt ein Empfangselement nur Lichtstrahlen, welche aus der dem Empfangselement zugehörigen Reflexionsrichtung auf die Empfangseinrichtung fallen.
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Ein Lichtstrahl beschreibt einen Verlauf der Intensität des reflektierten Lichtes, also die Verteilung der Intensitätswerte über die Zeit. Zum Identifizieren der Detektionspunkte kann dieser Verlauf nach Intensitätsspitzen bzw. Intensitätspeaks durchsucht werden, welche als Maximalwerte der Intensität in dem Verlauf identifizierbar sind. Diese Intensitätspeaks repräsentieren die Detektionspunkte bzw. Detektionen, sogenannte Echos, welche zu Reflexionspunkten in dem Umgebungsbereich korrespondieren. Ein solcher Reflexionspunkt kann beispielsweise ein Objektpunkt auf einer Oberfläche eines Objektes sein. Der Wert der Intensität ist dabei abhängig von Eigenschaften des reflektierenden Objektes, beispielsweise dessen Reflektivität, sowie dessen Abstand von der Lidar-Sensorvorrichtung.
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Insbesondere werden anhand des Empfangssignals zusätzlich zu den Intensitätswerten Positionswerte für die Detektionspunkte bestimmt. Anders ausgedrückt werden die Positionen der zu den Detektionspunkten korrespondierenden Reflexionspunkte bestimmt. Zum Bestimmen der Positionswerte werden für die Detektionspunkte jeweils ein Abstandswert sowie ein Reflexionswinkel bestimmt. Der Abstandswert für einen Detektionspunkt kann über Laufzeitmessungen anhand eines zu dem Detektionspunkt gehörigen Zeitpunkts bzw. Zeitstempels innerhalb des Verlaufes bestimmt werden. Da insbesondere jedem Empfangselement eine Reflexionsrichtung zugeordnet ist, also jedes Empfangselement mit einem bestimmten Reflexionswinkel korrespondiert, kann anhand des Empfangselementes für den Detektionspunkt zusätzlich zu dem Abstandwert der Reflexionswinkel bestimmt werden. Anhand des Abstandswerts und des Reflexionswinkels kann also für jeden Detektionspunkt die räumliche Lage bzw. Position des zu dem Detektionspunkt korrespondierenden Reflexionspunktes bestimmt werden. Somit kann der Umgebungsbereich detektionspunktebasiert abgebildet werden.
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Nach Empfangen des Empfangssignals und Bestimmen der Intensitätswerte der Detektionspunkte werden die Detektionspunkte zunächst basierend auf ihrer absoluten Intensität gefiltert. Dazu kann der Intensitätswert zumindest einiger Detektionspunkte, insbesondere jedes Detektionspunktes, mit dem vorbestimmten abstandsbasierten Intensitäts-Schwellwert verglichen werden. Der abstandsbasierte Intensitäts-Schwellwert ist somit ein in Abhängigkeit von dem Abstand veränderlicher Intensitäts-Schwellwert, welcher mit sämtlichen Detektionspunkten innerhalb eines bestimmten Abstandsbereiches verglichen wird. Die Detektionspunkte innerhalb eines Abstandsbereiches werden also mit dem zugeordneten Intensitäts-Schwellwert verglichen und somit innerhalb des Abstandsbereiches basierend auf ihrer absoluten Intensität gefiltert. Dabei werden alle Detektionspunkte herausgefiltert bzw. entfernt, deren Intensitätswert unterhalb des abstandsbasierten Intensitäts-Schwellwertes liegt. Insbesondere werden die Detektionspunkte vor dem Gruppieren zu Clustern zusätzlich durch Vergleichen der Positionswerte mit einem absoluten Positions-Schwellwert gefiltert. Die Detektionspunkte werden also basierend auf ihrer absoluten Position gefiltert. Dabei werden alle Detektionspunkte herausgefiltert bzw. entfernt, deren Positionswerte den absoluten Positions-Schwellwert überschreiten. Der abstandsbasierte Intensität-Schwellwert und/oder der absolute Positions-Schwellwert sind dabei insbesondere so vorbestimmt, dass Störsignale, beispielsweise ein Sensorrauschen oder unerwünschte Detektionen, unterdrückt werden können. Als unerwünschte Detektionen werden diejenigen Detektionspunkte herausgefiltert, welche zu unerwünschten Reflexionen in dem Umgebungsbereich korrespondieren. Solche unerwünschten Reflexionen können beispielsweise von Spritzwasser oder Wasserdampf verursacht werden. Ein minimaler Intensitätswert, welcher für die Detektionspunkte zum Verhindern eines Herausfilterns gefordert wird, kann über eine Kurve beschrieben werden, bei welcher der abstandsbasierte Intensitäts-Schwellwert mit steigender Distanz eines Detektionspunktes sinkt. Anders ausgedrückt, ist der abstandsbasierte Intensitäts-Schwellwert umso höher, je niedriger die Distanz ist. Je näher ein Detektionspunkt ist, desto höher muss also sein Intensitätswert sein, um nicht herausgefiltert zu werden.
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Anschließend werden die Detektionspunkte zu Clustern bzw. Punktwolken gruppiert. Als ein Cluster wird dabei eine Ansammlung von Detektionspunkten interpretiert, deren zugehörige Reflexionspunkte von demselben Objekt oder demselben Merkmal in dem Umgebungsbereich stammen. Anders ausgedrückt wird davon ausgegangen, dass jedes Cluster ein Objekt oder ein Merkmal, beispielsweise einen Teilbereich eines Objektes, in dem Umgebungsbereich repräsentiert. Beispielsweise können die Detektionspunkte durch dichtebasierte räumliche Clusteranalyse, insbesondere durch DBSCAN („Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise“) zu den Clustern gruppiert werden. Dazu wird als ein Cluster eine Gruppe an Detektionspunkte in unmittelbarer Nachbarschaft erkannt, welche eine hohe Dichte an Detektionspunkten aufweist. Die Nachbarschaft wird anhand einer Nähe mehrerer Detektionspunkte innerhalb eines Clusters zu einem anderen Detektionspunkten bestimmt. Die Dichte wird über eine Anzahl von Detektionspunkten innerhalb eines Clusters bestimmt. Wenn Detektionspunkte eine entsprechende Nähe zueinander aufweisen, also eine Nachbarschaft bilden, und wenn eine Anzahl an Detektionspunkten innerhalb einer Nachbarschaft groß ist, beispielsweise einen vorbestimmten Schwellwert für die Anzahl überschreitet, wird davon ausgegangen, dass diese Detektionspunkte ein Cluster repräsentieren.
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Nach der Gruppierung der Detektionspunkte zu Clustern werden die Detektionspunkte innerhalb eines Clusters, also die Clusterkandidaten, basierend auf ihrer relativen Intensität gefiltert. Dazu werden die Intensitätswerte der einzelnen Clusterkandidaten mit dem clusterspezifischen, relativen Intensitäts-Schwellwert verglichen. Dabei wird der jeweilige clusterspezifische, relative Intensitäts-Schwellwert in Abhängigkeit von den Intensitätswerten der Detektionspunkte der zugehörigen Clusters bestimmt. Durch diesen Schritt können in dem Cluster Detektionspunkte eliminiert werden, deren Intensitätswerte, beispielsweise aufgrund eines Übersprechens von benachbarten Detektionspunkten mit einem hohen Intensitätswert des reflektierten Lichts, fehlerhaft sind. Basierend auf den gefilterten Clustern können dann die Objekte oder Merkmale korrekt erkannt werden sowie insbesondere eine Größe und eine Form der Objekte mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden.
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Besonders bevorzugt wird ein Mittelwert der Intensitätswerte der jeweiligen Detektionspunkte innerhalb eines Clusters bestimmt und der clusterspezifische, relative Intensitäts-Schwellwert in Abhängigkeit von dem Mittelwert vorgegeben. Der clusterspezifische, relative Intensitäts-Schwellwert kann beispielsweise als der Mittelwert vorgegeben werden. Auch kann der Mittelwert mit einem konfigurierbaren Parameter, insbesondere zwischen 0 und 1, gewichtet werden und der gewichtete Mittelwert als der clusterspezifische, relative Intensitäts-Schwellwert vorgegeben werden. Der clusterspezifische, relative Intensität-Schwellwert wird also aus der mittleren Intensität zumindest einiger, insbesondere aller, Detektionspunkte innerhalb des Clusters bestimmt. Dann wird insbesondere jeder Detektionspunkt innerhalb des Clusters mit der mittleren Intensität bzw. gewichteten mittleren Intensität verglichen und herausgefiltert, falls dessen Intensitätswert geringer als der Mittelwert bzw. der gewichtete Mittelwert ist.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn nach der Filterung der Detektionspunkte innerhalb eines Clusters das Cluster nach zumindest einem detektionspunktefreien Bereich durchsucht wird, durch welchen eine Lücke zwischen den Detektionspunkten eines Clusters größer als ein vorbestimmter Schwellwert gebildet wird, und das Cluster in zumindest zwei separate Cluster unterteilt wird, falls zumindest ein detektionspunktefreier Bereich identifiziert wird. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch das Entfernen von Detektionspunkten aus dem Cluster, deren Intensitätswerte den clusterspezifischen, relativen Intensitäts-Schwellwert unterschreiten, innerhalb eines Clusters Lücken entstehen können. Wenn eine durch das Filtern basierend auf der relativen Intensität verursachte Lücke den vorbestimmten Schwellwert für die Lücke überschreitet, so separiert bzw. trennt sie zumindest zwei Nachbarschaften aus Detektionspunkten voneinander. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass die zumindest zwei Nachbarschaften aus Detektionspunkten zu Reflexionspunkten unterschiedlicher Objekte bzw. Merkmale korrespondieren. Daher wird das Cluster entlang der Lücke in zwei separate Cluster aufgeteilt.
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Insbesondere werden zum Identifizieren zumindest eines detektionspunktefreien Bereiches Abstandswerte von benachbarten Detektionspunkten innerhalb eines Clusters zueinander bestimmt und der zumindest eine detektionspunktefreie Bereich identifiziert, falls zumindest ein Abstandswert einen vorbestimmten Abstands-Schwellwert überschreitet. Es werden also relative Abstände von benachbarte Detektionspunkten zueinander bestimmt. Wenn beispielsweise ein Abstand zweier benachbarter Detektionspunkte den vorbestimmten Abstands-Schwellwert überschreitet, so kann davon ausgegangen werden, dass die zwei benachbarten Detektionspunkte zu Reflexionspunkten unterschiedlicher Objekte korrespondieren.
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Durch das Filtern basierend auf der relativen Intensität und durch das Identifizieren von detektionspunktefreien Bereich kann verhindert werden, dass mehrere Objekte fälschlicherweise als ein einzelnes Objekt erkannt werden. Somit können auch Objekte, welche in dem Umgebungsbereich besonders nah beieinander liegen, zuverlässig erkannt werden.
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In einer Weiterbildung der Erfindung werden für die jeweiligen Cluster Mittelpunkte und Größen der jeweiligen Cluster bestimmt. Anhand der Größen und anhand der Mittelpunkte der Cluster werden Größen der jeweiligen mit den Clustern korrespondierenden Objekte in dem Umgebungsbereich derart bestimmt, dass die Objekte innerhalb der korrespondierenden Cluster liegen. Es wird also aus der Größe und dem Mittelpunkt eines Clusters die Größe des korrespondierenden Objektes abgeleitet. Dabei werden die Größe und insbesondere auch die Form des Objektes derart bestimmt, dass das Objekt innerhalb des Clusters liegt. Anders ausgedrückt, werden die Größe und insbesondere auch die Form des Objektes derart bestimmt, dass Berandungen bzw. Begrenzungen des Clusters das Objekt umgeben bzw. einschließen.
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Vorzugsweise werden Positionswerte der Detektionspunkte innerhalb eines Clusters bestimmt, die Positionswerte der Detektionspunkte mit den jeweiligen Intensitätswerten gewichtet und der Mittelpunkt eines Clusters anhand der gewichteten Positionswerte des Clusters bestimmt. Beispielsweise kann der Mittelpunkt als der arithmetische Mittelwert der gewichteten Positionswerte bestimmt werden. Mittels der Gewichtung der Positionswerte kann der Mittelpunkt des Objektes besonders genau bestimmt werden. Es kann somit die Genauigkeit der Objekterfassung bei einer festen hardwarebedingten Winkelauflösung der Lidar-Sensorvorrichtung durch das Auswerten der Intensitäten der an einem Objekt reflektierten Lichtstrahlen des Empfangssignals erhöht werden. Es wird somit effektiv die Winkelauflösung des Sensorsystems verbessert, ohne dass die Lidar-Sensorvorrichtung hardwareseitig modifiziert werden muss.
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In einer weiteren Ausführungsform werden anhand der Detektionspunkte der jeweiligen Cluster Orientierungslinien bestimmt und Orientierungen der Objekte bezüglich der Lidar-Sensorvorrichtung anhand von Winkeln der Orientierungslinien zu einer Blickrichtung der Lidar-Sensorvorrichtung bestimmt. Insbesondere werden die Orientierungslinien der Cluster anhand der Detektionspunkte der jeweiligen Cluster mittels der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt. Die Orientierungslinie entspricht dabei einer Oberflächenlinie, welche einen Verlauf bzw. eine räumliche Lage von Reflexionspunkten auf der Oberfläche des mit dem Cluster korrespondierenden Objektes beschreibt.
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Anhand einer Lage dieser Orientierungslinie kann die räumliche Lage des Objektes, beispielsweise ein Neigungswinkel des Objektes bezüglich der Blickrichtung erkannt werden. Anhand des Winkels der Orientierungslinie kann also erkannt werden, ob die Oberfläche des Objektes frontal oder schräg zu der Lidar-Sensorvorrichtung ausgerichtet ist.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Lidar-Sensorvorrichtung für ein Kraftfahrzeug zum Erfassen von Objekten in einem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs. Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Lidar-Sensorvorrichtung insbesondere eine Empfangseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein aus dem Umgebungsbereich reflektiertes Empfangssignal zu empfangen, und eine Auswerteeinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, in dem Empfangssignal zu Reflexionspunkten in dem Umgebungsbereich korrespondierende Detektionspunkte zu identifizieren, anhand des Empfangssignals jeweilige Intensitätswerte der Detektionspunkte zu bestimmen, die Detektionspunkte durch Vergleichen der Intensitätswerte mit einem abstandsbasierten Intensitäts-Schwellwert zu filtern, die gefilterten Detektionspunkte zu Clustern zu gruppieren, und die Objekte basierend auf den Clustern zu erkennen. Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, die jeweiligen Detektionspunkte innerhalb eines Clusters durch Vergleichen der Intensitätswerte der Detektionspunkte innerhalb des Clusters mit einem clusterspezifischen, relativen Intensitäts-Schwellwert zu filtern, wobei der clusterspezifische, relative Intensitäts-Schwellwert in Abhängigkeit von den Intensitätswerten der Detektionspunkte des Clusters bestimmt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lidar-Sensorvorrichtung eine Empfangseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein aus dem Umgebungsbereich reflektiertes Empfangssignal zu empfangen, und eine Auswerteeinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, in dem Empfangssignal zu Reflexionspunkten in dem Umgebungsbereich korrespondierende Detektionspunkte zu identifizieren, anhand des Empfangssignals jeweilige Intensitätswerte der Detektionspunkte zu bestimmen, die Detektionspunkte durch Vergleichen der Intensitätswerte mit einem abstandsbasierten Intensitäts-Schwellwert zu filtern, die gefilterten Detektionspunkte zu Clustern zu gruppieren, und die Objekte basierend auf den Clustern zu erkennen. Darüber hinaus ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, die jeweiligen Detektionspunkte innerhalb eines Clusters durch Vergleichen der Intensitätswerte der Detektionspunkte innerhalb des Clusters mit einem clusterspezifischen, relativen Intensitäts-Schwellwert zu filtern, wobei der clusterspezifische, relative Intensitäts-Schwellwert in Abhängigkeit von den Intensitätswerten der Detektionspunkte des Clusters bestimmt ist..
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Die Lidar-Sensorvorrichtung kann außerdem eine Sendeeinrichtung zum Aussenden eines Sendesignals in Form von einem Lichtpuls aufweisen, welcher an Objekten in dem Umgebungsbereich reflektiert wird und welcher von der Empfangseinrichtung als das Empfangssignal wieder empfangen werden kann. Die Lidar-Sensorvorrichtung ist insbesondere als eine kostengünstige, „low-cost“ Lidar-Sensorvorrichtung ausgebildet, welche dazu ausgelegt ist, mittels des durch die Auswerteeinrichtung durchgeführten Verfahrens Objekte in dem Umgebungsbereich des Kraftfahrzeugs zuverlässig erkennen und verfolgen zu können.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrerassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer erfindungsgemäßen Lidar-Sensorvorrichtung. Das Fahrerassistenzsystem ist insbesondere dazu ausgelegt, eine vorbestimmte Assistenzfunktion basierend auf der von der zumindest einen Lidar-Sensorvorrichtung erfassten Lage der Objekte relativ zum Kraftfahrzeug auszuführen. Beispielseise kann das Fahrerassistenzsystem eine Maßnahme zum Vermeiden einer Kollision zwischen dem Kraftfahrzeug und dem Objekt auslösen, wenn durch das Fahrerassistenzsystem anhand der Lage des Objektes erkannt wird, dass sich das Objekt in einem kritischen Teilbereich des Umgebungsbereiches befindet und eine Kollision mit dem Objekt bevorsteht. Eine solche kollisionsvermeidende Maßnahme kann beispielsweise die Ausgabe eines Warnsignals und/oder ein automatisches Abbremsen des Kraftfahrzeugs sein.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Fahrerassistenzsystem. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise als ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad ausgebildet sein.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Lidar-Sensorvorrichtung, für das erfindungsgemäße Fahrerassistenzsystem sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Es sind darüber hinaus Ausführungen und Merkmalskombinationen, insbesondere durch die oben dargelegten Ausführungen, als offenbart anzusehen, die über die in den Rückbezügen der Ansprüche dargelegten Merkmalskombinationen hinausgehen oder abweichen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs;
- 2 eine schematische Darstellung eines Intensitätsverlaufs eines Lichtstrahls des Empfangssignals;
- 3 eine schematische Darstellung eines ersten Clusters aus Detektionspunkten;
- 4 eine schematische Darstellung des ersten Clusters mit einem detektionspunktefreien Bereich; und
- 5 eine schematische Darstellung von zweiten und dritten Clustern, welche aus dem ersten Clusters gebildet sind.
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In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kraftfahrzeug 1 ist im vorliegenden Fall als ein Personenkraftwagen ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 1 weist ein Fahrerassistenzsystem 2 mit zumindest einer Lidar-Sensorvorrichtung 3 auf, welche zum Überwachen eines Umgebungsbereiches 4 des Kraftfahrzeugs 1 ausgebildet ist. Die Lidar-Sensorvorrichtung 3 ist insbesondere als ein Flash-Lidar-Sensor ausgestaltet, welcher den Umgebungsbereich 4 mittels eines Sendesignals in Form von einem Lichtpuls ausleuchtet und den in dem Umgebungsbereich 4 reflektierten Lichtpuls als Empfangssignal wieder empfängt. Dazu weist die Lidar-Sensorvorrichtung 3 eine Sendeeinrichtung 5 zum Aussenden des Sendesignals, eine Empfangseinrichtung 6 zum Empfangen des in dem Umgebungsbereich 4, beispielsweise an Objekten 7, 8, reflektieren Empfangssignals sowie eine Auswerteeinrichtung 9 auf. Die Lidar-Sensorvorrichtung 3 ist dazu ausgelegt, die Objekte 7, 8 zu erkennen sowie deren Größen und räumliche Lagen in dem Umgebungsbereich 4 zu erkennen. Die räumlichen Lagen der Objekte 7, 8 werden durch jeweilige Abstände der Objekte 7, 8 zu dem Kraftfahrzeug 1 sowie jeweilige Orientierungen von Oberflächen der Objekte 7, 8 zu dem Kraftfahrzeug 1 bestimmt. Informationen über die Lage der Objekte 7, 8 zu dem Kraftfahrzeug 1 können einer Steuereinrichtung 10 des Fahrerassistenzsystems 2 bereitgestellt werden. Die Steuereinrichtung 10 kann basierend auf der Lageinformation beispielsweise eine Maßnahme zur Vermeidung einer Kollision des Kraftfahrzeugs 1 mit den Objekten 7, 8 einleiten.
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Beispielsweise kann die Sendeeinrichtung 5 der Lidar-Sensorvorrichtung 3 während eines Messzyklus mehrere Lichtpulse aussenden. Die Empfangseinrichtung 6 kann den reflektierten Lichtpuls als Empfangssignal in mehreren Lichtstrahlen bzw. Reflexionen wieder empfangen. Dazu kann die Empfangseinrichtung 6 mehrere Empfangselemente aufweisen, wobei jedes Empfangselement insbesondere nur Lichtstrahlen aus einer bestimmten Reflexionsrichtung empfängt. Anders ausgedrückt empfängt jedes Empfangselement nur Lichtstrahlen, welche in einem ihm zugeordneten Reflexionswinkel aus dem Umgebungsbereich 4 auf die Empfangseinrichtung 6 treffen. In den von den Empfangselementen empfangenen Lichtstrahlen werden zunächst Detektionspunkte D, D' identifiziert, welche zu Reflexionspunkten in dem Umgebungsbereich 4 korrespondieren. Dazu kann für jeden Lichtstrahl ein Intensitätsverlauf 11 von Intensitäten I des Lichtstrahls über die Zeit t, wie er in 2 gezeigt ist, nach Intensitätsspitzen P1, P2 durchsucht werden. Diese Intensitätsspitzen P1. P2 mit den Intensitätswerten I1, I2 repräsentieren die Detektionspunkte D, D', sogenannte Echos. Anhand eines Zeitpunktes t1 der ersten Intensitätsspitze P1 kann über Laufzeitmessung eine erste Distanz d1 eines zu dem Detektionspunkt D korrespondierenden Reflexionspunktes in dem Umgebungsbereich 4 bestimmt werden. Anhand eines zweiten Zeitpunktes t2 der zweiten Intensitätsspitze P2 kann eine zweite Distanz d2 eines zu dem Detektionspunkt D' korrespondierenden Reflexionspunktes in den Umgebungsbereich 4 bestimmt werden. Dabei weist der Detektionspunkt D den ersten Intensitätswert I1 auf und der Detektionspunkt D' den im Vergleich zum ersten Intensitätswert I1 kleineren zweiten Intensitätswert I2 auf.
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Die Detektionspunkte D, D' stammen hier aus einem bestimmen Abstandsbereich und werden basierend auf ihren absoluten Intensitäten gefiltert. Dies bedeutet, dass für diesen Abstandsbereich ein abstandsbasierter Intensitäts-Schwellwert IS vorgegeben wird, welcher mit den Intensitätswerten I1, I2 verglichen wird. Gemäß 2 unterschreitet der zweite Intensitätswert I2 der zweiten Detektion D' den Intensitäts-Schwellwert IS und wird daher herausgefiltert. Der Intensitätswert I1 der ersten Detektion D überschreitet den abstandsbasierten Intensitäts-Schwellwert IS und wird daher nicht herausgefiltert.
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Die gefilterten Detektionspunkte D, D" sämtlicher Lichtstrahlen werden, wie in 3 gezeigt, in Cluster gruppiert, wobei in 3 lediglich ein Cluster C1 dargestellt ist. Dazu können für jeden für jeden Detektionspunkte D, D" Positionen bestimmt werden, indem anhand der Laufzeitmessung Abstandswerte d sowie anhand des den jeweiligen Detektionspunkt D, D" erfassenden Empfangselementes die Reflexionswinkel α bestimmt werden. Die Gruppierung der Detektionspunkte D, D" zu Clustern C1 kann beispielsweise mittels dichtebasierter Clusteranalyse, insbesondere DBSCAN, durchgeführt werden. Wenn Objekte 7, 8 in dem Umgebungsbereich 4 nah beieinander liegen und das Empfangssignal zusätzlich Störsignale aufweist, so kann es vorkommen, dass die Clusteranalyse fehlerhaft ist. Beispielsweise kann es vorkommen, dass das Cluster C1 dann fälschlicherweise für ein einziges Objekt gehalten wird, obwohl die Detektionspunkte D, D" innerhalb des Clusters C1 eigentlich zu Reflexionspunkten mehrerer Objekte 7, 8 korrespondieren.
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Daher werden die Detektionspunkte D, D" innerhalb des Clusters C1 basierend auf ihrer relativen Intensität gefiltert. Dazu werden die Intensitäten der Detektionspunkte D, D"mit einem clusterspezifischen, relativen Intensitäts-Schwellwert verglichen, welcher beispielsweise aus einem Mittelwert der Intensitätswerte der Detektionspunkte D, D" innerhalb des Clusters C1 bestimmt wird. Wenn ein Intensitätswert eines Detektionspunkte D, D" den clusterspezifischen, relativen Intensitäts-Schwellwert, also den Mittelwert der Intensitätswerte der Detektionspunkte D, D", unterschreitet, so wird dieser Detektionspunkte D" aus dem Cluster C1 entfernt.
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Das Cluster C1 ohne den Detektionspunkt D" ist in 4 gezeigt. Durch das Entfernen des Detektionspunktes D" entsteht eine Lücke 12, welche einen detektionspunktefreien Bereich innerhalb des Clusters C1 beschreibt. Wenn diese Lücke 12 eine vorbestimmte Größe überschreitet, so wird davon ausgegangen, dass die durch die Lücke 12 getrennten Detektionspunktebereiche innerhalb des Clusters C1 zu Reflexionspunkten unterschiedlicher Objekte korrespondieren. In diesem Fall wird das Cluster C1 in mehrere Cluster aufgeteilt. Hier wird, wie in 5 gezeigt, das Cluster C1 in zwei Cluster C2, C3 aufgeteilt. Das Cluster C2 korrespondiert beispielsweise zu dem Objekt 7 in dem Umgebungsbereich 4, das Cluster C3 zu dem Objekt 8 in dem Umgebungsbereich 4 des Kraftfahrzeugs 1.
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Für jedes Cluster C2, C3 wird ein Mittelwert M bestimmt, indem Positionen der Detektionspunkte D innerhalb der Cluster C2, C3 bestimmt werden, die Positionen durch die Intensitätswerte der zugehörigen Detektionspunkte D gewichtet werden und der Mittelwert M anhand der gewichteten Positionen bestimmt wird. Außerdem kann eine jeweilige Größe der Cluster C2, C3 bestimmt werden. Anhand des Mittelwertes M sowie anhand der Größe des jeweiligen Clusters C2, C3 kann ein Größe des jeweiligen Objektes 7, 8 bestimmt werden. Die Größe des Objektes 7, 8 wird dabei so bestimmt, dass das Objekt 7, 8 innerhalb des Clusters C2, C3 liegt.
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Außerdem kann anhand der Detektionspunkte D eines Clusters C2, C3 eine jeweilige Orientierungslinie L für die Cluster C2, C3 bestimmt werden. Die Orientierungslinie L beschreibt eine räumliche Lage von Reflexionspunkten auf der Oberfläche des jeweiligen Objektes 7, 8 bezüglich der Lidar-Sensorvorrichtung 3 und damit bezüglich des Kraftfahrzeugs 1. Die Orientierungslinie L kann beispielsweise mittels der Methode der kleinsten Quadrate bestimmt werden. Basierend auf den Orientierungslinien L und den Größen der Objekte 7, 8 kann der Umgebungsbereich 4 um das Kraftfahrzeug 1 herum mit hoher Genauigkeit objektbasiert beschrieben werden.
